激光信息技术实验指导书.pdf

激光与光学信息技术 系列实验指导书 上海理工大学光电实验中心 目 录 实验一 精密位移量的激光干涉测量方法································1 实验二 面形的三维干涉测量及评价·····································5 实验三 缝宽或间隙的衍射测量············································9 实验四 微孔直径的衍射测量·············································14 实验五 巴俾特原理及细丝直径测量····································16 实验六 变形的全场衍射测量·············································18 实验七 4F 光学系统FT 及IFT 系统·····································21 实验八 HE-NE 激光器谐振腔的调整及模式分析··················25 第一部分： HE-NE 激光器谐振腔的调整·······························25 第二部分： HE-NE 气体激光器的模式分析····························30 实验一 精密位移量的激光干涉测量方法 一、实验目的： 1．了解激光干涉测量的原理 2 ．掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉测量方法 3 ．了解激光干涉测量方法的优点和应用场合 二、实验原理： 本实验采用泰曼－格林（Twyman-Green ）干涉系统，T －G 干涉系统是著名的迈克尔逊 白光干涉仪的一种变型，在光学仪器的制造工业中，常用其产生的等间距干涉条纹对光学零 件或光学系统作综合质量检验。 泰曼－格林干涉仪与原始的迈克尔逊干涉仪不同点是，光源是单色激光光源，它置于一 个校正像差的透镜L1 的前焦点上，光束经透镜L1 准直后，被分束器A 分成两束光，到达反 射镜M1 和M2 并被反射，两束反射光再次经A 透射和反射，用另一个透镜校正像差的透镜 L 会聚，人眼则处在透镜L 的焦点位置观察，能够观察到反射镜M 和M 的整个范围，从 2 2 1 2 而可获得清晰、明亮的等间距干涉直条纹，其原理如图1 所示。 图1 泰曼－格林干涉仪原理图 若作出反射镜M 在半反射面A 中的虚像M （图中未画出），干涉仪的出射光线相当于 1 1 M 和M ’所构成的空气楔的反射光，因而泰曼干涉仪实际上就等效于平面干涉仪，只是这 2 1 里两束光的光路被完全分开，进而产生了等厚干涉条纹。当光源是点光源时，条纹是非定域 的，在两个相干光束重叠区域内的任何平面上，条纹的清晰度都一样。不过，实际上为了获 1 得足够强度的干涉条纹，光源的扩展不能忽略，这时条纹定域在M1 和M2 构成的空气楔附 近。 下面解释干涉条纹的产生，如图 1 所示，设入射平面波经M 反射后的波前是W ，经 1 1 ’ M 反射后相应的波前是W ，W 和W 位相相同。引入虚波前W ，它是在W 半反射面A 2 2 1 2